Ćwiczenie nr 3

KIiChŚ
CHEMIA ŚRODOWISKA
Ćwiczenie nr 3
OZNACZANIE ZAWARTOŚCI WĘGLANÓW W GLEBIE METODĄ
SCHEIBLERA
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodyką oznaczania węglanów
w glebie metodą Scheiblera.
Wprowadzenie
Węglan wapnia (CaCO3) występuje w glebie w postaci kalcytu, wapieni,
opoki, margli lub jako osad strącony w procesie karbonatyzacji z wody krążącej
w glebie. Występowanie węglanu wapnia w glebie zapobiega jej zakwaszeniu.
Gleby zawierające nawet niewielkie ilości tego związku poza kompleksem
sorpcyjnym mają odczyn obojętny lub zasadowy. W niektórych glebach poza
węglanem wapnia występuje jeszcze węglan magnezowy (MgCO3), a rzadziej
węglany innych pierwiastków (Na, Fe). W większości gleb węglan wapnia nie
występuje w warstwach powierzchniowych i podpowierzchniowych, ponieważ
jest on wypłukiwany do głębszych poziomów (poniżej 80 cm od powierzchni).
Dlatego gleby w Polsce są na ogół kwaśne i wymagają wapnowania. Gleby
powstałe ze skał wapiennych, dolomitowych i siarczanowych zawierają z reguły
węglany w całym profilu. Obecność CaCO3 wzbogaca roztwór glebowy
i kompleks sorpcyjny w kationy Ca2+. Związek ten razem z kwasem węglowym
roztworu glebowego daje roztwór buforowy, który przeciwdziała nagłym
zmianom odczynu gleby. CaCO3 częściowo przyspiesza rozkład próchnicy
i czyni glebę bardziej czynną. Dzięki koagulującemu działaniu kationów Ca 2+,
węglan wapnia sprzyja tworzeniu agregatów glebowych, przez co utrwala
gruzełkowatą
strukturę,
zwiększając
przepuszczalność
gleb
ciężkich,
a zmniejszając lekkich. Największy wpływ na chemizm gleb ma obecność
świeżo strąconego węglanu wapnia (precypitatu). Inkrustuje on glebę
w
przestworach
glebowych
przybierając
postać
plamek,
niteczek,
pseudogrzybni. Węglan wapnia stosunkowo słabo rozpuszcza się w wodzie, a
jego rozpuszczalność wzrasta przy zakwaszeniu CO2. Wówczas przechodzi on
w kwaśny węglan wapnia, który ulega wymywaniu w głąb profilu glebowego.
Tam ponownie się wytrąca i tworzy nowotwory w postaci pasm, gniazd
i konkrecji.
CaCO3 + H2O + CO2
Ca(HCO3)2
Metody oznaczania węglanu wapnia w glebie opierają się na reakcji rozkładu
węglanu kwasem (zazwyczaj solnym) i oznaczaniu wydzielającego się CO2.
CaCO3 + HCl
2CaCl2 + H2O + CO2
Jedną z metod objętościowego oznaczania węglanów jest metoda Scheiblera.
Aparat Scheiblera (rysunek poniżej) składa się z kolbki reakcyjnej na próbkę
glebową, zamykanej korkiem (w korku kolbki umocowany jest zbiorniczek na
kwas) oraz z dwóch połączonych ze sobą rurek, z których jedna jest
skalibrowana. Nieskalibrowana rurka łączy się z butelką wypełnioną roztworem
nie absorbującym CO2 (5% CuSO4). Butelka jest ruchoma, co pozwala dowolnie
ustalić poziom płynu w skalibrowanej rurce. Wydzielany w wyniku
wspomnianej reakcji węglanu z kwasem CO2 dostaje się do rurki wypełnionej
nie absorbującą go cieczą, powodując wypieranie tej cieczy z rurki.
a – butelka do gromadzenia wypartego
CuSO4
b – nieskalibrowane ramię „U” - rurki
c – skalibrowane ramię „U” - rurki
d – zbiorniczek na HCl z otworami na: wlew
kwasu i odprowadzenie CO2
e – kolbka reakcyjna na próbkę glebową
f – rurka doprowadzająca wydzielający się
CO2 do roztworu CuSO4
g – zawór zamykający dopływ do rurki
powietrza z zewnątrz
h – zawór uwalniający wyparte CuSO4
Wykonanie ćwiczenia
1. Przed właściwym pomiarem należy przeprowadzić próbę wstępną na
zawartość węglanów w glebie, aby określić, jaką jej ilość należy odważyć
do oznaczenia. W tym celu na szkiełko zegarkowe wysypać około 2 g
gleby. Z pomocą pipety nanieść się na glebę kilka kropel 10% HCl.
Dokonać obserwacji zachodzących zmian, a następnie posługując się
poniższą tabelą określić wagę próbki do oznaczeń.
Intensywność wydzielania się
Zawartość węglanów [g/kg]
Masa próbki do badań [g]
<20
10
wyraźna, ale prze krótki czas
20 do 80
5
silna przez długi czas
80 do 160
2,5
>160
1
gazów
żadna, lub ograniczona
bardzo silna przez długi czas
2. Do naczynia reakcyjnego odważyć
1 – 10 g (w zależności od
spodziewanej zawartości węglanów) gleby.
3. Za pomocą pipety wlać 10% HCl do banieczki z bocznym otworem, która
umieszczona jest w korku, zatkać szczelnie korkiem naczynie reakcyjne.
4. Wykalibrować kalcymetr manipulując butelką połączoną z drugim
ramieniem rurki o kształcie litery „U”, kranik trójdzielny ustawić tak, aby
uzyskać połączenie między naczyniem reakcyjnym i rurą pomiarową
5. Kolbę reakcyjną przechylić w ten sposób, aby kwas wylał się z banieczki
na glebę. W czasie wywiązywania się CO2 wstrząsać zawartość kolby.
Jednocześnie stopniowo spuszczać roztwór siarczanu miedzi do butelki, w
miarę jak opada menisk tego roztworu w wyskalowanym ramieniu
aparatu. Pomiar prowadzić aż do zaniku wydzielania CO2.
6. Aparat pozostawić w spokoju na kilka minut. Jeżeli nie wydzieliło się
więcej CO2 wykonać odczyt ze skali prawego ramienia rurki. Ilość cm3
wydzielonego CO2 odczytać z ilości wypartego roztworu siarczanu
miedzi.
7. Zmierzyć
temperaturę
i
ciśnienie
atmosferyczne
panujące
w laboratorium.
Opracowanie wyników
Zawartość węglanów w glebie (w przeliczeniu na CaCO3) obliczyć ze wzoru:
CaCO3
0,446
V P1 T0
n P0 T1 [%],
gdzie:
V – objętość wydzielonego CO2 [cm3],
P0 – ciśnienie normalne [1013 hPa], (1hPa – 0,75 mmHg)
P1 – ciśnienie w laboratorium [hPa]
T0 – temperatura w warunkach normalnych [273 K],
T1 – temperatura w laboratorium [ K],
n – naważka gleby [g]